劉海東

摘要：基于BIM的虛擬建造是實(shí)際建造過(guò)程的虛擬仿真實(shí)現(xiàn)，能夠發(fā)現(xiàn)實(shí)際建造中存在的或可能出現(xiàn)的問(wèn)題，為各個(gè)參與方提供一種可控制、無(wú)破壞性、耗費(fèi)小、低風(fēng)險(xiǎn)并允許多次重復(fù)的試驗(yàn)方法，可以提高建造水平，消除建造隱患，預(yù)防建造事故，減少施工成本，增強(qiáng)施工過(guò)程中決策、控制與優(yōu)化的能力。將BIM技術(shù)應(yīng)用于具體施工過(guò)程中，可以在不消耗現(xiàn)實(shí)材料等資源的前提下，讓各參建方在施工之前就能看到并了解施工的詳細(xì)過(guò)程和結(jié)果，從而選擇最優(yōu)的施工方案進(jìn)行施工，避免不必要的返工所帶來(lái)的人力和物力消耗，能夠節(jié)省工期，為實(shí)際工程項(xiàng)目施工提供指導(dǎo)和最優(yōu)的可行性方案。

Abstract： Virtual construction based on BIM is a virtual simulation of the actual construction process， it can find out the problems that exist or may arise in the actual construction and provide a controllable， destructive， costly， low risk and allowable repeated test methods， can improve the construction level， eliminate construction risks， prevent construction accidents， reduce construction costs and enhance the decision-making， control and optimization capabilities in construction process. Applied BIM technology to the specific construction process， each participant can see and understand the detailed process and results of the construction before construction under the premise of doing not consume real materials and other resources， so as to choose the optimal construction program， avoid unnecessary rework caused by the human and material resources， save duration and provide guidance and the best feasibility program for the actual construction of the project.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；虛擬建造；施工成本；節(jié)省工期

Key words： BIM technology；virtual construction；construction cost；saving duration

中圖分類(lèi)號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）01-0114-03

0 引言

本文以某大橋的鋼結(jié)構(gòu)裝飾拱圈安裝工程為背景，將BIM技術(shù)應(yīng)用在裝飾拱圈的安裝全過(guò)程中。針對(duì)工程的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，構(gòu)建了大橋和拱圈的BIM模型，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)缺陷，施工前將所有的設(shè)計(jì)缺陷全部排查掉，對(duì)拱圈的安裝過(guò)程進(jìn)行施工模擬并對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。達(dá)到了對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行精細(xì)化管理的目的，通過(guò)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃工期進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滯后的原因，調(diào)整資源配置方案，避免了施工過(guò)程中的返工現(xiàn)象，對(duì)縮短工期起到了顯著的作用。

1 工程背景

某大橋全長(zhǎng)802.59m，全線無(wú)平曲線，由主橋、引橋、引道三部分組成。橋梁主橋?yàn)?跨大跨徑變截面連續(xù)箱梁橋，單箱雙室結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度380m，跨徑布置為70+120+120+70=380m；兩側(cè)引橋采用連續(xù)箱梁形式，西引橋長(zhǎng)80m，跨徑布置為2×40=80m；東引橋長(zhǎng)120m，跨徑布置為3×40=120m。

主橋景觀裝飾部分采用異型鋼箱拱結(jié)構(gòu)。該拱圈跨度為120m，共兩跨。拱圈最高處橋面以上高度為28.29m，施工難度很大，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

①拱圈結(jié)構(gòu)分段安裝需設(shè)置臨時(shí)支撐體系，鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性是本工程的重點(diǎn)。

②拱圈高位吊裝，保證拱圈結(jié)構(gòu)分段高空實(shí)現(xiàn)工廠試拼裝狀態(tài)，曲線線形能夠得到保證是本工程的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

③拱圈結(jié)構(gòu)分段接口對(duì)接焊接質(zhì)量及高空作業(yè)安全是本工程的重點(diǎn)。

2 模型的創(chuàng)建

2.1 構(gòu)建大橋主體結(jié)構(gòu)的模型

首先根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用點(diǎn)的選擇，進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建，包括樁基、承臺(tái)、墩身、墊石、支座、箱梁的模型，由于此部分不做施工模擬。所以，根據(jù)《中國(guó)市政設(shè)計(jì)行業(yè)BIM實(shí)施指南》要求，將這一部分的模型精度定義為L(zhǎng)2級(jí)，如圖1所示。

2.2 構(gòu)建拱圈及附屬設(shè)施模型

為了查找施工圖的缺陷以及需要對(duì)拱圈的安裝過(guò)程進(jìn)行施工模擬，按照《中國(guó)市政設(shè)計(jì)行業(yè)BIM實(shí)施指南》要求，將拱圈及其附屬部件的模型精度定義為L(zhǎng)3級(jí)。施工輔助設(shè)施包括施工用的臨時(shí)支架，工作平臺(tái)，千斤頂?shù)饶Ｐ屯瑯訛長(zhǎng)3級(jí)。

依據(jù)設(shè)計(jì)文件，綜合考慮拱圈結(jié)構(gòu)、承載要求及加工、運(yùn)輸及安裝等因素，對(duì)拱圈節(jié)段進(jìn)行進(jìn)一步劃分，共劃分成12個(gè)節(jié)段，并分段建立模型。

全部的模型建立完成后，在BIM軟件中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)拱圈及施工輔助設(shè)施進(jìn)行預(yù)拼裝，發(fā)現(xiàn)模型的尺寸有嚴(yán)重的誤差，從FD12段至FD1段方向拼裝，到FD4與FD3段接口處，兩拼裝段斷面直線距離達(dá)到1.824m。經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)院的二維施工圖中裝飾拱圈是獨(dú)立于大橋主體結(jié)構(gòu)，按照水平同一高度設(shè)計(jì)的，未考慮橋面縱坡。而實(shí)際橋面的縱坡所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)與橋面接觸的拱腳標(biāo)高相差2.126m，如圖4所示。endprint

設(shè)計(jì)院重新對(duì)拱圈的施工圖進(jìn)行深化設(shè)計(jì)后解決了此項(xiàng)問(wèn)題。在施工圖復(fù)核階段，通過(guò)對(duì)拱圈BIM模型的預(yù)拼裝，找出了設(shè)計(jì)缺陷，避免了返工現(xiàn)象。同時(shí)，也避免了材料及施工設(shè)備盲目的投入。

3 施工模擬及方案優(yōu)化

3.1 施工模擬

裝飾拱圈總跨度120m，單個(gè)節(jié)段重量20噸以上（FD1段除外），單側(cè)拱圈結(jié)構(gòu)共劃分為24節(jié)，全橋共計(jì)48個(gè)節(jié)段?？傮w施工步驟：拱圈分段制作→廠內(nèi)預(yù)拼裝→構(gòu)件運(yùn)輸→橋面檢查驗(yàn)收→測(cè)量放線→預(yù)埋件安裝→拱腳鋼箱安裝→混凝土灌注→臨時(shí)支撐安裝→拱圈安裝→ 臨時(shí)支撐體系拆除→吊桿安裝→面漆涂裝→竣工驗(yàn)收。

在場(chǎng)地規(guī)劃方面，傳統(tǒng)的做法是用二維的CAD軟件繪制不同角度的簡(jiǎn)圖，在平面圖上研究吊裝設(shè)備的合理布置方案，并對(duì)吊裝的過(guò)程進(jìn)行描述，但此做法局限性較大。幾張二維簡(jiǎn)圖無(wú)法體現(xiàn)出各個(gè)物體之間的相對(duì)位置關(guān)系，很難發(fā)現(xiàn)一些施工過(guò)程中的問(wèn)題，更無(wú)法表達(dá)施工的動(dòng)態(tài)全過(guò)程。同時(shí)，傳統(tǒng)的施工方案編制時(shí)，大多數(shù)的計(jì)算都是在確保安全性的前提下進(jìn)行一定系數(shù)的放大來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行選型，這種情況往往過(guò)于保守，造成資源的浪費(fèi)。為此，將BIM模型及進(jìn)度文件導(dǎo)入到施工模擬軟件中，將每個(gè)部件的起始時(shí)間與模型相關(guān)聯(lián)，利用Timeliner工具進(jìn)行進(jìn)度模擬，并將實(shí)際尺寸的吊車(chē)模型導(dǎo)入模擬軟件中，用Animator工具對(duì)吊車(chē)站位、臂長(zhǎng)、出臂角度以及拱圈節(jié)段的起吊位置等方面做吊裝過(guò)程及拱圈分割段運(yùn)動(dòng)路徑的分析，來(lái)保證吊裝工作的準(zhǔn)確性與安全性，通過(guò)吊裝過(guò)程模擬來(lái)確定吊車(chē)的型號(hào)。（圖6、圖7）

3.2 方案比選與優(yōu)化

在未進(jìn)行吊裝模擬前，原方案考慮到場(chǎng)地空間的限制，加之起吊點(diǎn)的選擇，在單跨拱圈設(shè)置5個(gè)臨時(shí)支架，在拼裝FD1-FD3段及FD12-FD10段之后，拼裝FD4-FD9段，此種方案雖可行，但吊裝次數(shù)較多，施工周期較長(zhǎng)，單側(cè)單跨需要吊裝6次。為此制定了第2中方案，在單跨拱圈的位置下設(shè)置2個(gè)臨時(shí)支架，相鄰兩個(gè)FD4、FD5段在地面焊接成一段，然后吊裝，但這種方案對(duì)吊車(chē)定位的準(zhǔn)確性及作業(yè)空間的要求極高，依靠草圖及二維的CAD軟件無(wú)法分析。為此應(yīng)用BIM軟件將FD4、FD5段模型組成1段，F(xiàn)D8、FD9段模型組成1段，F(xiàn)D6、FD7段組成合攏段，將組合后的節(jié)段導(dǎo)入施工模擬軟件中，重新進(jìn)行吊裝過(guò)程的模擬。通過(guò)模擬，吊車(chē)站位及作業(yè)空間均滿足要求。所以，最終將方案定為在橋面上吊裝前將FD4、FD5焊接成1段，F(xiàn)D8、FD9焊接成1段，F(xiàn)D6、FD7焊接成合攏段整體吊裝。新方案比原方案的臨時(shí)支架用鋼量節(jié)省了一半，同時(shí)增加了作業(yè)空間，吊裝次數(shù)減小了一半，同時(shí)減少了高空作業(yè)時(shí)間及高空焊接次數(shù)，工期節(jié)省了16天。

節(jié)段吊裝架設(shè)順序及分區(qū)如表1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

此工程應(yīng)用BIM技術(shù)輔助施工，通過(guò)工程量復(fù)核，避免了返工現(xiàn)象，為項(xiàng)目節(jié)省了工期，節(jié)約了成本。通過(guò)對(duì)拱圈分段進(jìn)行分析及吊裝區(qū)域的劃分，將單跨劃分成5個(gè)吊裝區(qū)，對(duì)方案進(jìn)行比選并優(yōu)化，將原來(lái)的單跨搭設(shè)5個(gè)臨時(shí)支架變成單跨搭設(shè)2個(gè)臨時(shí)支架，即節(jié)約了材料，同時(shí)也大大縮短了工期。通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)了對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行可視化、精細(xì)化控制，是BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的一次成功的嘗試，為項(xiàng)目創(chuàng)造了效益，為以后的類(lèi)似工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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[3]高成，瞿海雁，趙學(xué)鑫，高世昌.BIM技術(shù)在某超高層建筑工程施工中的應(yīng)用研究[J].鋼結(jié)構(gòu).endprint